Crystal chemical insights on lead iodide perovskite doping from revised effective radii of metal ions
在混合卤化物钙钛矿全盛时期的过去几年中，已经测试了如此多的金属阳离子添加剂以改善其光电性能，以至于已经很难找到尚未尝试过的元素。通常，这些方法的多样性统一在“掺杂”的名称下，然而，目前对金属离子添加剂对卤化铅钙钛矿材料的性质的影响的机制没有清楚的理解。对于许多离子，甚至在最基本的问题上也没有达成共识：给定的离子占据什么晶格位置，它是否完全融入结构中？在这里，我们推导出一个系统的有效半径不同的金属离子在碘环境中的碘化物的化合物，并揭示其晶体化学作用的APbI 3钙钛矿。我们分析了40种最常见的一价、二价和三价金属的可能晶格位置，以揭示它们是否可以成功进入钙钛矿结构。我们发现，最多，三个参数-有效尺寸，电负性和金属离子的柔软度是主要的混合卤化物钙钛矿的金属掺杂的可能性的晶体化学分析。我们的研究结果为合理化和改进目前的混合卤化物钙钛矿与金属离子的掺杂策略提供了有用的理论指导。
2021-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Assessing carrier mobility, dopability, and defect tolerance in the chalcogenide perovskite BaZrS$_3$
本文通过第一性原理计算评估 BaZrS$_3$ 的载流子输运与缺陷性质，揭示其电子迁移率与卤化物钙钛矿相当、本征 n 型且难以 p 型掺杂，并指出抑制硫间隙原子形成是延长载流子寿命的关键。
2024-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Experimental demonstration of ions induced electric field in perovskite solar cells
报道了钙钛矿太阳能电池的光电流密度-电压（J-V）曲线中的异常滞后现象。负责滞后的起源主要归因于铁电性，捕获/去捕获，和离子迁移。同时，在横向结构钙钛矿太阳能电池中公开了可切换的光伏效应，其中p-i-n结构在用反向偏压极化器件之后形成。考虑到钙钛矿太阳能电池的正常夹层结构，即本征钙钛矿层位于由p型（Spiro-OMeO 2）和n型（TiO 2）层建立的电场中，极化过程也适用于这种器件。离子的迁移将产生一个新的电场，其方向与固有的内建电场相反。因此，由于内置电场被部分屏蔽，预测光生载流子的收集较少。在这里，离子感生的电场的实验证明，通过探索不同的正向偏压下的外量子效率（EQE）谱。基于偏压下离子迁移的观察，解释了在J-V曲线上观察到的异常滞后现象。外加电压对太阳能电池的稳定性有很大的影响。同时，在低频下首次发现了一种新的负电容现象，这是由于带正负电荷的离子在正向偏压下发生位置反转所致。
2015-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Quantification of Ion Migration in CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cells by Transient Capacitance Measurements
基于有机-无机金属卤化物钙钛矿的太阳能电池显示出接近高度优化的硅太阳能电池的效率。然而，钙钛矿膜中的离子迁移导致器件退化并阻碍大规模商业应用。我们使用瞬态离子漂移测量来量化甲基铵三碘化铅（MAPbI3）钙钛矿太阳能电池中的活化能，扩散系数和移动离子的浓度，并发现它们的性质变化接近四方晶系到正交相变温度。我们确定了三个迁移离子物种，我们归因于碘化物（I-）和甲基铵（MA+）的迁移。我们发现，移动MA+离子的浓度是一个数量级高于移动的I-离子，移动MA+离子的扩散系数是三个数量级低于移动的I-离子。我们还观察到，移动I-离子（0.29 eV）的活化能是高度可重复的不同的设备，而移动MA+的活化能强烈依赖于设备的制造。MAPbI3中移动离子的这种量化将导致更好地理解离子迁移及其在钙钛矿太阳能电池的操作和降解中的作用。
2019-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Metal halide perovskite toxicity effects on plants are caused by iodide ions
含有卤化铅钙钛矿的高效太阳能电池有望在未来几年内彻底改变可持续能源生产。将这些下一代太阳能电池板与农业相结合，可以优化土地利用，但在泄漏到土壤中的情况下会带来新的风险。钙钛矿通常被认为是有毒的，因为铅（Pb），但支持这一预测的实验证据是稀缺的。我们使用拟南芥来测试铅基钙钛矿MAPbI3（MA = CH3NH3）及其几种前体在植物中的毒性。我们的研究结果表明，MAPbI3严重阻碍植物生长浓度高于5 μ M。令人惊讶的是，我们发现前体MAI具有相同的毒性，而不含碘化物的铅基前体仅在500 μ M以上具有毒性。这些观察结果表明，低浓度的钙钛矿毒性是由碘离子引起的，这与铅是最有害成分的普遍观点形成了鲜明对比。我们计算出，碘毒性阈值很可能达到在土壤中钙钛矿泄漏后，但少得多的铅毒性阈值。因此，这项工作强调了进一步了解和预测含碘钙钛矿在环境中的有害影响的重要性。
2020-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Defect tolerance of lead-halide perovskite (100) surface relative to bulk: band bending, surface states, and characteristics of vacancies
本文对比了卤化铅钙钛矿表面与体相的空位特征，发现表面缺陷多形成无害浅能态，且自旋轨道耦合促成了表面缺陷容忍度，解释了其多晶薄膜和纳米结构具备高光电性能的原因。
2024-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Multifaceted nature of defect tolerance in halide perovskites and emerging semiconductors
本综述探讨了卤化物钙钛矿及新兴半导体中缺陷容忍度的多面性，评估了现有模型的实验与理论支持及其局限性，并指出了实现缺陷容忍半导体逆向设计所需的关键缺失信息。
2024-08-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phase Competition in Ln0.5a0.5mno3 Perovskites
生长系统Pr0.5（Ca 1-xSrx）0.5MnO3、（Pr 1-yYy）0.5（Ca 1-xSrx）0.5MnO3和Sm0.5Sr0.5MnO3的单晶，以提供具有固定比率Mn（III）/Mn（IV）=1的一系列样品，所述样品具有跨越MnO 3阵列的从局部电子行为到巡回电子行为的转变的几何公差因子。一个独特的铁磁相出现在临界容差因子TC= 0.975，分离的电荷有序和局域电子的行为为<tc from itinerant or molecular-orbital behavior for t>TC。这种铁磁相必须与稳定在公差因子t>tc的铁磁金属相区分开，它将两种可区分的CE型反铁磁相分离开，这两种反铁磁相是变磁性的。在稍低于tc的组合物t上进行流体静压下的传输性质的测量，以比较化学压力与流体静压对在t=tc附近彼此竞争的相的影响。
2002-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Crystal Structure of SrLa(FeTi)O6 and BaLa(FeTi)O6 Perovskites by Rietveld Refinement
最近报道的有序钙钛矿SrLa（FeTi）O 6和BaLa（FeTi）O 6的结构已重新使用Rietveld分析的粉末X射线衍射数据。我们的研究清楚地表明，早期的作者错误地报道了SrLa（FeTi）O 6的I4/m空间群中的四方结构和BaLa（FeTi）O 6的Fm 3 m空间群中的立方结构。SrLa（FeTi）O 6的Pnma空间群为正交晶系，BaLa（FeTi）O 6的Pm 3 m空间群为立方晶系。BaLa（FeTi）O_6不是有序的双钙钛矿结构，因为A位的Ba/La离子和B位的Fe/Ti离子的占位是无序的，导致了原始的立方晶胞，空间群为Pm_（3 m）。同样，SrLa（FeTi）O 6中Sr/La离子在A位的占位和Fe/Ti离子在B位的占位也是无序的，排除了有序的钙钛矿结构。
2015-03-30 cond-mat.mtrl-sci
From anti-perovskite to double anti-perovskite: lattice chemistry basis for super-fast transportation of Li+ ions in cubic solid lithium halogen-chalcogenides
使用材料基因组方法的基础上的密度泛函理论，我们制定了一类新的无机电解质的快速扩散的Li+离子，通过微调的晶格化学的反钙钛矿结构。已经进行了系统的建模，以通过在硫属元素晶格位置（A）上合金化和卤素位置（X）的交替占据来阐述基于Li3AX的立方反钙钛矿中的结构稳定性和离子传输特性。除了通过适当指定晶格占有率来确定减少反钙钛矿相中Li+离子扩散势垒的有效方法外，目前的理论研究还发现并合成了具有双反钙钛矿结构的新相Li6OSI2（或Li3O0.5S0.5I）。这种新化合物对Li+扩散具有相当低的激活势垒，同时具有宽的能带隙以阻碍电子的传导。
2017-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
ML-guided screening of chalcogenide perovskites as solar energy materials
International Iberian Nanotechnology Laboratory（伊比利亚纳米技术国际实验室）；Faculty of Engineering, University of Porto（波尔图大学工程学院）；Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
本文提出一种数据驱动的筛选框架，通过结合可解释分析描述符、机器学习模型和可持续性指标，评估硫化物钙钛矿的稳定性与实验可行性，并发现新的候选材料。
2026-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying mobile ions in perovskite-based devices with temperature-dependent capacitance measurements: frequency versus time domain
钙钛矿已被证明是高效太阳能电池、发光二极管和X射线探测器的有前途的候选者，克服了无机半导体的局限性。然而，它们是出了名的不稳定。这种不稳定性的主要原因是在操作期间移动离子通过设备的迁移，因为它们是混合的离子-电子导体。在这里，我们展示了如何测量在频率和时间域中的电容可以用来研究钙钛矿为基础的设备内的离子动力学，量化激活能，扩散系数，电荷的符号，浓度，和在界面附近的离子双层的长度。测量电容的瞬态还允许区分离子效应和电子效应。
2019-10-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Experimental Evidence for Defect Tolerance in Pb-Halide Perovskites
本文首次通过比较高灵敏度方法测得的2D、2D-3D和3D铅碘化物钙钛矿的结构质量与光电特性，提供了缺陷容忍性的直接实验证据，为解释和设计具有缺陷容忍性的材料奠定基础。
2024-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Distortion modes in halide perovskites: to twist or to stretch, a matter of tolerance and lone pairs
使用第一性原理计算，我们表明，CsBX $_3$卤化物与B=Sn或Pb进行八面体旋转扭曲，而对于B=Ge和Si，他们进行铁电菱面体扭曲伴随着菱面体拉伸的晶格。我们表明，这些是相互排斥的平衡体积，虽然不同的扭曲可能会发生晶格膨胀的功能。两种失真模式之间的选择部分取决于Goldschleman容差因子。然而，解释Sn和Pb与Ge和Si相比的差异的另一个因素是，当被迫为二价时，Ge和Si的孤对特性更强，就像这些结构中的情况一样。孤对化学与偏心有关。虽然Si基化合物尚未合成，但Ge化合物已通过实验建立。作为容差因子重要性的最终测试，我们考虑RbGeX $_3$，其具有比相应CsGeX $_3$小的容差因子，因为Rb小于Cs。我们发现，它可以降低其能量的旋转或菱面体偏心扭曲，但后者降低能量稍微更有效。
2021-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Stabilization of layered perovskite structures via strontium substitution in Ca$_3$Ti$_2$O$_7$ revealed via elemental mapping
对层状化合物进行了广泛的研究，从层状铜酸盐到具有共生和堆垛层错的关键问题的范德华材料。然而，由于实验困难，这种结构的研究较少。我们提出了Ruddlesden-Popper钙$_{2.46}$锶$_{0.54}$钛$_2$ O $_7$中共生体的特征缺陷结构，这是已知的混合不适当的铁电性。透射电子显微镜显示，许多共生体组成的7和15层中引入的铁电畴。元素图表明，Sr离子被选择性地取代到钙钛矿层的共生体。密度泛函理论计算支持Sr离子的位置选择性取代，有利地位于共生体中。通过Sr取代的Ruddlesden-Popper相和共生体的稳定化可以由Ca和Sr离子之间的离子半径差来解释。该研究揭示了详细的缺陷结构起源于层状钙钛矿结构的Ca $_{2.46}$ Sr $_{0.54}$ Ti $_2$ O $_7$，并显示了有用的元素映射在探测氧化物中的取代效应。
2022-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic nitride perovskites with giant polarizations and large magnetic moments
具有铁电性和磁性之间耦合的多铁性已经被追求了几十年。然而，由于铁电性和磁性之间的共同权衡，它们的磁电性能仍然有限。在这里，提出了一个家庭的氮化物钙钛矿作为多铁性与突出的物理性能和非平凡的机制。以GdWN $_3$为原型，我们的第一性原理计算发现其钙钛矿相具有大的极化（例如$111.3$ $μ$ C/cm $^2$对于$R3c$相）和磁矩$7$ $μ_{\rm B}$ /Gd $^{3+}$。更有趣的是，它的铁电起源是多重的，具有来自Gd $^{3+}$和W $^{6+}$离子的显著贡献，不同于其姐妹成员LaWN $_3$，其中铁电性几乎仅来自W $^{6+}$离子。随着稀土离子尺寸的减小，A位离子对铁电不稳定性的贡献越来越大。考虑到小的稀土离子可以是氮化物钙钛矿中适当的铁电性和磁性的主要来源，我们的工作提供了一条追求更多具有非常规机制和最佳性能的多铁性的路线。
2022-11-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ti substitution on Fe sites significantly changes the electronic properties of orthorhombic LaFeO3 perovskites (A first-principles study)
本文通过第一性原理计算考察不同浓度Ti在Fe位取代正交LaFeO3，揭示带隙、轨道分裂、键合竞争、费米能级及结构稳定性的变化。
2024-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of luminescent enhancement in Ba2GdNbO6:Eu3+ perovskite by Li+ co-doping
采用基于能量最小化的原子模拟方法研究了Li+离子在Ba 2GdNbO 6：Eu 3+钙钛矿中的掺入。我们预测了Eu 3+和Li+离子最可能占据的位置以及这些取代所涉及的相关电荷补偿机制。结果表明，Eu ~（3+）和Li ~（3+）离子主要在Gd ~（3+）位掺入。在Li+离子的情况下，存在Nb_Gd反位的电荷补偿。根据模拟的Eu ~（3+）格位的局域对称性，计算了BGN：Eu ~（3+）晶体中Eu ~（3+）离子的晶场参数和跃迁能级。结果表明，Li+共掺杂引起的对称性畸变是发光性能增强的主要机制。
2014-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Polarons in Lead-Halide Perovskites: What the Structural Evidence Does and Does Not Establish
YUHS-KRIBB Medical Convergence Research Institute, College of Medicine, Yonsei University（延世大学医学院尤赫-韩国生命科学研究院）；Pohang Accelerator Laboratory, POSTECH（浦项科技大学波汉加速器实验室）；Department of Physics, University of Seoul（首尔大学物理系）；Global Institute of Future Technology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学未来技术学院）
本文针对铅卤钙钛矿中光生载流子以大极化子运动的传统观点，结合三项新发现提出质疑，并提出需在宽激发密度范围测量晶格畸变以明确载流子行为的实验方案。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Location and migration of interstitial Li ions in CsPbI$_3$ crystals
University of Freiburg（弗赖堡大学）；Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM（弗劳恩霍夫材料力学研究所）；Freiburg Center for Interactive Materials and Bioinspired Technologies（弗赖堡互动材料与仿生技术中心）；Freiburg Materials Research Center（弗赖堡材料研究中心）
本研究以CsPbI$_3$为原型，通过密度泛函理论计算发现其晶体中Li离子的间隙位置与迁移依赖结构动态特性，两种结构极限下均存在中等迁移能垒，证明卤化物钙钛矿有望用于一体化光电池器件。
2024-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Analysis of Light Induced Ion Segregation in Mixed-Halide Perovskites
Charles University（查理大学）；Czech Technical University in Prague（捷克布拉格工业大学）；Masaryk University（马萨里克大学）；Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
研究通过计算应变场和X射线衍射散射分析，确定了光照下混合卤化物钙钛矿中溴和碘离子的分布及暗态下的弛豫过程，以提高太阳能电池效率。
2026-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced radiation tolerance of YSZ at high temperature against swift heavy ions: key role of interplay between material microstructure and irradiation temperature
在室温和1000 K下，用80 MeV的Ag $^{6+}$离子辐照不同晶粒尺寸的YSZ颗粒，研究了晶粒尺寸/材料微观结构和辐照温度对高电子能量损失（S $_e$）辐照耐受性的影响。X射线衍射和拉曼光谱测量表明，无论照射温度，纳米晶体样品遭受更多的损害相比，散装样的样品。在1000 K下辐照的所有样品都观察到辐照损伤的减少，即辐射耐受性的改善。然而，减少的损害，是显着更高的两个纳米晶体样品相比，散装样的样品，因此，散装样和纳米晶体样品之间的损害的差异也显着低于在1000 K比在室温下。因此，发现对S $_e$的辐照损伤严重依赖于辐照温度和微晶尺寸之间的相互作用。这些结果的解释与详细的理论计算/模拟的基础上的“非弹性热尖峰”模型的帮助下，通过考虑到电子-声子耦合因子和晶格热导率（因此对所得的热尖峰）的微晶尺寸和环境（照射）温度的综合影响。我们的研究结果是至关重要的，从根本上理解的大小和温度依赖的辐射损伤对S $_e$的角度来看，也为一些应用程序，在各种辐射环境中，纳米材料正在设想使用。
2018-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Symbolic Regression Discovery of New Perovskite Catalysts with High Oxygen Evolution Reaction Activity
符号回归（SR）是一种新兴的方法，用于构建分析公式以找到最适合数据集的模型。在这里，SR用于指导具有改进的析氧反应（OER）活性的新型氧化物钙钛矿催化剂的设计。发现了一个前所未有的简单描述符μ/t，其中μ和t分别是八面体因子和容限因子，这加速了一系列具有改善OER活性的新型氧化物钙钛矿催化剂的发现。我们成功地合成了五种新的氧化物钙钛矿，并表征了它们的OER活性。值得注意的是，它们中的四种，Cs0.4La0.6Mn0.25Co0.75O3、Cs0.3La0.7NiO3、SrNi0.75Co0.25O3和Sr0.25Ba0.75NiO3，优于目前最先进的氧化物钙钛矿催化剂Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3（BSCF）。我们的研究结果证明了SR在加速数据驱动设计和发现具有改进性能的新材料方面的潜力。
2019-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic investigations on trivalent ruthenium ions in ruthenium perovskite oxide thin films
本研究利用 X 射线光电子能谱表征 LaRuO$_3$ 与 NdRuO$_3$ 薄膜中的三价 Ru，揭示其价带和芯能级特征，并将其与 Ru$^{4+}$ 钌酸盐区分。
2024-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pathways towards 30% efficient single-junction perovskite solar cells and the role of mobile ions
Peroxides半导体已经证明了出色的外部发光量子产率，实现了高功率转换效率（PCE）。然而，推进到高于单晶硅电池的效率状态的精确条件还没有很好地理解。在这里，我们建立了一个模拟模型，很好地描述了高效的p-i-n型钙钛矿太阳能电池和一系列不同的实验。然后，我们研究了重要的器件和材料参数，我们发现，通过使用高掺杂（10^19 cm-3）厚传输层（TL）或低掺杂TL（例如自组装单层）优化钙钛矿层上的内建电势，可以解锁30%的效率范围。重要的是，我们只考虑在最近的文献中已经证明的参数，即10 μ s的体寿命，10 cm/s的界面复合速度，1.5 eV的钙钛矿带隙和95%的EQE。对于1.4 eV的带隙，预测最大效率为31%。最后，我们证明，相对较高的移动离子密度并不代表一个显着的障碍，达到这种效率制度。因此，本文的结果有望持续改善PCE，直到钙钛矿在不久的将来成为最有效的单结太阳能电池技术。
2021-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Opposites Attract, Muons as Direct Probes for Iodide Diffusion in Methyl Ammonium Lead Iodide
有机铅卤化物钙钛矿的研究量正在迅速增加，钙钛矿太阳能电池效率高达22%。有相当多的证据表明，钙钛矿中的移动离子强烈影响太阳能电池的性能，大多数研究都是在偏压下对整个电池进行的。在这里，我们使用μ子自旋弛豫直接探测碘离子在甲基铵碘化铅（碘化铅）中的扩散。这是第一次用于检测任何材料中的碘化物扩散，结果为卤化铅钙钛矿中离子的运动提供了有价值的见解。该实验在黑暗中进行，没有施加外部偏压，并允许我们计算出在300 K下碘在水溶液中的扩散系数为1.6 × 10 -14 cm 2/s。
2018-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Open-Circuit Voltage Limitation by Surface Recombination in Perovskite Solar Cells
基本的电子过程，如电荷载流子传输和复合，在决定混合钙钛矿太阳能电池的效率方面起着关键作用。移动离子的存在使这些过程的清晰理解变得复杂，因为离子可能会引入异常现象，如滞后或巨介电常数。因此，电子景观，包括其与移动离子的相互作用，是很难访问实验和分析。为了解决这一挑战，我们应用了一系列的小扰动技术，包括阻抗谱（IS），强度调制光电流谱（IMPS）和强度调制光电压谱（IMVS）的平面$\mathrm{MAPbI_3}$钙钛矿太阳能电池。我们的测量结果表明，电子以及离子的响应，可以观察到在所有三种方法和文献比较分配。结果表明，主要的载流子损耗机制是表面复合的准费米能级分裂的限制。移动离子和电子载流子之间的相互作用导致的表观二极管的理想因子从0.74到1.64的移动，以增加照明强度，尽管复合机制保持不变。
2020-12-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Design of Lead-Free Inorganic Halide Perovskites for Solar Cells via Cation-Transmutation
具有原型材料CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbI $_{3}$的杂化有机-无机卤化物钙钛矿最近作为低成本和高性能的光伏吸收体引起了强烈的兴趣。尽管其太阳能电池实现了超过20%的高功率转换效率，但在大规模商业化之前需要解决两个关键问题-与其固有材料不稳定性相关的不良器件稳定性和由于水溶性Pb $^{2+}$引起的毒性。在这里，我们解决这些问题，利用阳离子嬗变的策略，设计稳定的无机无铅卤化物钙钛矿太阳能电池。该想法是将两个二价Pb $^{2+}$离子转化为一个单价M $^{+}$和一个三价M $^{3+}$离子，形成双钙钛矿结构的丰富的季卤化物类。通过第一性原理计算我们发现这类材料具有良好的抗分解相稳定性和宽范围可调的光电性能。与photophoric-functionality-directed材料筛选，我们确定了11个最佳的材料具有固有的热力学稳定性，合适的带隙，小的载流子有效质量，和低激子结合能作为有前途的候选人，以取代铅基光伏吸收剂在钙钛矿太阳能电池。还确定了此类材料的相稳定性和电子性质的化学趋势，为用它们制造的钙钛矿太阳能电池的开发提供了有用的指导。
2017-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Charge Carrier Dynamics of Methylammonium Lead-Iodide Perovskite Solar Cells
瞬态光电测量的甲基铵碘化铅（MALI）钙钛矿太阳能电池（PSC）进行和分析，以阐明的操作机制。对光脉冲或电压脉冲的电流响应显示出非常宽的动态范围，涵盖9个数量级的时间-从微秒到分钟-直到达到稳态。发现钙钛矿层边界处的电荷密度缓慢变化的证据，这最有可能是由移动离子引起的。电流-电压曲线（IV曲线）的测量与非常快的扫描速率后，保持细胞在一个恒定的电压几秒钟，提出了由Tress等人。数值漂移扩散模拟重现测量的IV曲线，使用不同的离子分布在模型中。通过对模拟结果的谱带图分析，揭示了该系统的运行机理。为了进一步研究在短时间尺度（低于毫秒）的光生电荷提取线性增加电压（光CELIV）实验进行的影响。我们假设迁移率不平衡与深孔捕获相结合，导致动态掺杂引起的影响从微秒到毫秒。综合瞬态漂移扩散模拟的光CELIV实验加强了这一假设。这种先进的表征方法结合了动态响应测量和数值模拟，是全面了解新兴钙钛矿太阳能电池中器件工作机制的关键一步。
2016-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of perovskites Pr$_{0.9}$Sr$_{0.1}$Mn$_{0.9}^{3+}$Mn$_{0.1}^{4+}$O$_{3}$: Monte Carlo simulations and experiments
本研究针对Pr$_{0.9}$Sr$_{0.1}$Mn$_{0.9}^{3+}$Mn$_{0.1}^{4+}$O$_{3}$钙钛矿的磁热性能，通过引入多自旋相互作用的类伊辛模型结合蒙特卡罗模拟，解释了实验观测的磁化平台等特性，模拟结果与1-5T磁场下的实验数据吻合。
2023-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Giant Huang-Rhys Factor for Electron Capture by the Iodine Interstitial in Perovskite Solar Cells
卤化物钙钛矿半导体光电性能的改善需要识别和抑制非辐射载流子捕获过程。碘间隙已被确定为深能级缺陷，并牵连作为一个活跃的复合中心。我们分析了载流子俘获的量子力学。发现中性碘间隙能快速不可逆地俘获电子，有效的Huang-Rhys因子超过300，表明在软半导体中可能存在强的电子-声子耦合。接受声子模式的频率为53 cm $^{-1}$，相关的电子俘获系数为10 $^{-10}$ cm $^3$ s $^{-1}$。参与率的倒数被用来量化与过渡相关的声子模式的本地化。我们推断八面体旋转的抑制是提高缺陷容限的一个重要因素。
2021-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Design Rules and Discovery of Face-Sharing Hexagonal Perovskites
Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）
本研究提出了一种量化设计原则，用于稳定面共享六方钙钛矿，揭示硫化物在组分灵活性上的优势，并预测了可能形成面共享八面体连接的化合物。
2026-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Trapped charge driven degradation of perovskite solar cells
在实际操作过程中，即使使用封装，Percent太阳能电池也显示出快速劣化，但其机制一直难以捉摸。我们发现了钙钛矿材料不可逆降解的基本机制，其中无论极性如何，捕获的电荷都起着决定性作用。利用不同极性离子的一种新的实验装置揭示了钙钛矿材料的水分诱导的不可逆解离是由沿晶界捕获的电荷触发的。我们的发现清楚地解释了为什么光浸泡诱导不可逆的降解，而在黑暗中，水分只导致可逆的水合，以及为什么降解从不同的电荷提取层的界面的不同侧开始。在局域电场作用下，有机阳离子的去质子化过程是不可逆分解的开始。
2016-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Interface properties of CsPbBr$_3$ /CsPbI$_3$ perovskite heterostructure for solar cell
通过第一性原理计算研究了钙钛矿型异质结构CsPbBr $_3$ /CsPbI $_3$的界面性质。结构界面由Cs-Br和Cs-I键合而成，键长分别为$\sim$ 4.106和3.922 nm。Goldsmith容差因子从$t<0.8$到$0.8<t<1$范围内的上移被揭示为双层界面，从体，反映了结构重排从各向异性到各向同性的限制。带隙的产生主要是由于I-5 p轨道与价带上的Br-4 p和导带上的Pb-6 p轨道的能量差异造成的。较重的卤化物在原始单层组分的吸收光谱中显示出红移。对于双层几何形状，碘的贡献比溴的贡献更多，并且下面的界面性质可能对太阳能电池器件应用有用。
2022-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of the static picture of defect energetics in halide perovskites: the case of the Br vacancy in CsPbBr3
我们认为溴空位CsPbBr3作为一个原型的结构动力学的影响，在卤化物钙钛矿（HaPs）的缺陷能量。使用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学，我们发现，静态图片的缺陷能量打破了Br空位能级的能量被发现是内在的动态，振荡高达1 eV的ps时间尺度在室温下。这些显着的能量波动与相邻的铅原子之间的距离在整个空缺，并在这些铅原子网站的静电势。我们希望这种异常强烈的耦合结构动力学和缺陷能量承担重要的影响，在HaPs的缺陷特性的实验和理论分析。它也可能对这类光伏材料中的载流子传输和缺陷容限产生重大影响。
2019-06-27 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure synthesis and spin glass behavior of a Mn/Ir disordered quadruple perovskite CaCu3Mn2Ir2O12
采用高压高温法合成了一种新型的3d-5d杂化四元钙钛矿氧化物CaCu 3 Mn 2 Ir 2 O 12。Rietveld结构分析表明，该化合物为AA'3B 4 O 12型钙钛矿结构，空间群为Im-3，其中Ca和Cu在固定的原子位置上按1：3的比例有序排列。X射线吸收光谱表明，在B位上，3d Mn和5d Ir离子呈无序分布，这是由于它们都具有罕见的相等的+4电荷态。Cu ~（2+）、Mn ~（4+）和Ir ~（4+）离子之间相互竞争的反铁磁和铁磁相互作用导致了自旋玻璃行为，其遵循传统的动力学慢化模型。
2019-08-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Improved evaluation of deep-level transient spectroscopy on perovskite solar cells reveals ionic defect distribution
未来开发高效稳定的金属卤化物钙钛矿太阳能电池的关键挑战之一与这些材料中离子的迁移有关。移动离子已被链接到观察的电流-电压特性的滞后，显示降低器件的稳定性对退化和作为复合中心内的有源层的带隙。在文献中，人们发现对于看似相似的钙钛矿材料，广泛传播的报道的离子缺陷参数（例如活化能），使得难以识别这些物质的性质。在这项工作中，我们进行了依赖于温度的深能级瞬态光谱（DLTS）的测量甲基铵碘化铅钙钛矿太阳能电池，并开发了一个扩展的正则化算法反演拉普拉斯变换。我们的研究结果表明，移动离子形成的发射率分布（即扩散常数的分布）为每个观察到的离子物种，这可能是负责在以前报道的缺陷参数的差异。重要的是，不同的DLTS模式，如光学和电流DLTS产生相同的缺陷分布。最后，我们的结果与传统的boxcar DLTS和阻抗谱（IS）的比较验证了我们的评估算法。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exploration of metastable A-site-ordered perovskites (Ca,Ba)FeO3-δ by computationally-guided multi-step synthesis
本研究结合第一性原理稳定性预测、高压合成与臭氧拓扑氧化，发现两种A位有序缺氧钙钛矿并获得其低氧缺氧化产物，为寻找新型螺旋磁相亚稳态材料提供计算指导的多步合成策略。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Core@Shell AgBr@CsPbBr3 Nanocrystals as Precursors to Hollow Lead Halide Perovskite Nanocubes
Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Università degli Studi di Milano Bicocca（米兰比可卡大学）
通过一步法合成AgBr@CsPbBr3核心@壳层纳米立方体，并通过卤化物交换制备空心铅卤化物钙钛矿纳米立方体，其光学性质不受空心区域影响。
2025-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomic structure, electronic structure and optical absorption of inorganic perovskite compounds Cs2SnI6-nXn (X=F, Cl, Br; n= 0~6): A first-principles study
无机Cs_2SnI_6作为有机-无机杂化钙钛矿卤化物的替代材料，近年来受到越来越多的关注。为了寻找更多的Cs_2SnI_6衍生物作为太阳能电池吸收剂材料，将Cs_2SnI_6中的I-离子替换为其它卤素离子，形成Cs_2SnI_6-nXn（X=F，Cl，Br; n=1~6）化合物，并利用第一性原理计算研究了其原子结构、电子结构和光吸收特性。随着合金化程度的增加，平均晶格常数、加权Sn-X键长和Cs-X键长均呈线性减小，八面体结构内部各Sn-X键长略有减小，Cs2 SnI 6-nXn的Eg呈非线性增大。11种Cs_2SnI_6-nXn化合物的Eg在1.0 eV和2.0 eV之间，因此可以潜在地用作太阳能电池的光吸收层。部分态密度表明，随着合金化程度n的增加，VBM和CBM中的I 5 p轨道逐渐被Br 4p、Cl 3 p或F 2 p轨道取代。11种Cs_2SnI_6-nXn合金都具有直接带隙，尽管合金化的X ~-离子引起了晶格畸变。
2021-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Ions-induced Epitaxial Growth of Perovskite Nanocomposites for Highly Efficient Light-Emitting Diodes with EQE Exceeding 30%
提出离子诱导异质外延生长 3D/0D CsPbBr3/Cs4PbBr6 纳米复合材料的方法，降低非辐射损失并改善出光与载流子平衡，实现 EQE 31.0% 的高色纯度钙钛矿 LED。
2024-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Orientational migration of halide ion in lead halide perovskites
随着卤化铅钙钛矿太阳能电池的快速发展，有相当多的证据表明，移动离子强烈影响其性能。然而，除了活化能，离子迁移的其他性质大多是探索与第一性原理计算。本文研究了溴化铅钙钛矿单晶微片中卤离子（空位）的迁移。与传统的研究与外部偏置电压，我们引入内置的电位到微孔板通过低能电子束和研究相应的离子迁移。通过沿特定晶面排列电位，在每个电池的未辐照中心处观察到Pb 2+还原为Pb 0，首次证明卤离子的迁移具有优先方向。我们的观察结果与最近的理论模型相一致，并将为提高钙钛矿太阳能电池的性能开辟一条新的途径。
2018-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-bond-mediated structural variation of metal guanidinium formate hybrid perovskites with unit cell volume
混合钙钛矿是具有与无机钙钛矿相同的拓扑结构的配位框架，但具有由不同化学驱动的性质，包括主体-框架氢键。与无机钙钛矿一样，这些材料表现出许多不同的相，包括具有潜在可开发功能的结构。然而，人们对他们在压力下的行为知之甚少。本文用单晶X射线衍射和粉末中子衍射研究了加压下甲酸胍锰和甲酸胍钴的结构。值得注意的是，当压力降低这些材料的体积时，它们转变为与甲酸胍镉同构的相，甲酸胍镉具有更大的体积。使用DFT计算，我们表明，这种违反直觉的行为取决于胍离子的氢键网络，其作为支柱保护金属甲酸盐框架免受压缩。我们的研究结果更普遍地表明，在混合钙钛矿中设计理想的晶体结构将取决于实现合适的主客体氢键几何形状。
2018-08-22 cond-mat.mtrl-sci
$d-p$ model and spin-orbital order in the vanadium perovskites
采用多带$d-p$模型和非限制Hartree-Fock近似，研究了三维VO $_3$晶格的电子结构和自旋轨道有序。本研究的主要目的是测试简单的$d-p$模型，部分填充$3d$轨道（在钒离子）和$2p$轨道（在氧离子），是否能够正确地再现在钒钙钛矿中观察到的非平凡共存的自旋轨道顺序。指出多带$d-p$模型必须包含钒离子的部分填充$e_g$轨道。结果表明，弱自掺杂作为一个重要的修正超出了离子模型和再现可能的基态与破坏的自旋轨道对称性的钒离子：无论是$C$型交替轨道顺序伴随着$G$型反铁磁自旋顺序，或$G$型交替轨道顺序伴随着$C$型反铁磁自旋顺序。在实验中观察到这两种状态，并在YVO $_3$中相互竞争，而在LaVO $_3$中只观察到后者。轨道秩序是由扬-泰勒效应引起的氧扭曲的特殊模式引起和稳定的。与耗时的\textit{ab-initio}计算相比，使用$d-p$模型的计算非常快，并且应该被视为在固态物理中非常有用的，只要仔细选择参数。
2018-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Generalised Framework for Controlling and Understanding Ion Dynamics with Passivated Lead Halide Perovskites
本文结合实验观察与漂移-扩散建模，提出解释混合电子离子导体表面光电压的新框架，证明通过修饰钙钛矿双层膜界面可控制缺陷迁移，为提升器件稳定性及理解移动缺陷与光致电荷相互作用提供新见解。
2023-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Investigation of MAPbBr$_x$I$_{1-x}$ and SbH$_4$Br$_x$I$_{1-x}$ Perovskites: Electronic and Structural Properties
本文利用DFT计算比较MAPbBrₓI₁₋ₓ与SbH₄PbBrₓI₁₋ₓ钙钛矿，发现无机SbH₄⁺阳离子可在维持结构稳定性的同时将带隙降至接近理想值，其中SbH₄PbI₃和SbH₄PbBrI₂兼具稳定性与高效光伏应用潜力。
2025-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mapping the Pathways of Photo-induced Ion Migration in Organic-inorganic Hybrid Halide Perovskites
有机-无机杂化钙钛矿（OIHP）由于其可调谐性和低制造成本而具有优异的光伏和光电性能，具有基本的和实际的兴趣。然而，对于实际应用，需要理解和解决诸如材料不稳定性和光暴露下钙钛矿太阳能电池中发生的光电流滞后等挑战。虽然广泛的研究表明，离子迁移是这些有害影响的一个合理的起源，离子迁移途径的详细了解仍然难以捉摸。在这里，我们报告的表征光诱导离子迁移在OIHPs使用\textit{in situ}激光照射内的扫描电子显微镜，加上次级电子成像，能量色散X射线光谱和阴极发光与不同的初级电子能量。使用甲基铵碘化铅（MAPbI $_3$），甲脒碘化铅（FAPbI $_3$）和混合甲脒-甲基铵碘化铅作为模型系统，我们观察到光诱导的长距离迁移的卤素离子超过数百微米，并阐明了各种离子的运输途径都在表面附近和内部的OIHP，包括铅离子的垂直迁移的一个令人惊讶的发现。我们的研究为OIHP中的离子迁移过程提供了见解，可以帮助OIHP材料在未来应用中的设计和加工。
2022-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ba-substitution induced evolution of structural and magnetic properties of La2-xBaxCoIrO6 double perovskites
本研究通过X射线粉末衍射和磁测量，探究了La₂₋ₓBaₓCoIrO₆双钙钛矿中Ba取代对结构与磁性能的影响，揭示了晶体结构从单斜到三斜的演变及磁行为随Ba浓度的变化规律。
2025-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Light-Emitting Electrochemical Cells of Single Crystal Hybrid Halide Perovskite with Vertically Aligned Carbon Nanotubes Contacts
基于所报道的混合卤化铅钙钛矿在电场下的离子迁移，我们开发了一种明亮的、发光的电化学电池，该电池使用直接生长在垂直排列的碳纳米管（VACNT）森林上的CH_3 NH_3 PbBr_3单晶作为接触电极。在所施加的电场下，晶体中的带电离子漂移并在电极附近积累，导致在操作中形成p-i-n异质结。由于CNT尖端增强的电场，降低的界面能垒和强电荷注入导致在室温下高达1800 cd/m2的明亮的绿光发射（平均= 60 cd/m2）。除了光发射之外，这种原始的器件架构指出了在操作稳定的基于钙钛矿的光电子器件中实现垂直对准的CNT作为电极的可能性。
2021-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Infrared Optical Absorption in Low-spin Fe$^{2+}$-doped SrTiO${}_{3}$
由于SrTiO ${}_{3}$和相关的钛酸钙钛矿材料用于光伏和光伏应用的有趣特性，长期以来一直在探索SrTiO和相关的钛酸钙钛矿中的带隙工程。材料化学界的一种流行方法是将异价过渡金属离子置换掺杂到晶格中的B位点上以改变价带。然而，在这种方案中，对掺杂剂价态的控制有限，并且经常形成补偿缺陷。在这里，我们展示了一种新的技术，可控地合成Fe $^{2+}$ -和Fe $^{3+}$ -掺杂的SrTiO ${}_{3}$薄膜，而不形成补偿缺陷，通过共掺杂与La $^{3+}$离子的A网站。我们稳定的Fe $^{2+}$掺杂的薄膜通过掺杂两个La离子的每个Fe掺杂剂，并发现，Fe离子表现出低自旋的电子配置，产生在近红外区和简并掺杂的光学跃迁。在这里观察到的新的电子状态提供了一个新的途径，在光催化和光伏应用的钙钛矿带隙工程。
2015-10-20 cond-mat.mtrl-sci
DFT exploration of novel direct band gap semiconducting halide double perovskites, A2AgIrCl6 (A = Cs, Rb, K), for solar cells application
本文通过 DFT 的 FP-LAPW 方法系统研究 A2AgIrCl6（A = Cs, Rb, K）双钙钛矿卤化物的稳定性、电子和光学性质，发现其具有 1.43–1.55 eV 直接带隙、低电子有效质量和高可见光吸收系数，适合作为太阳能电池吸收层。
2024-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Nanocrystals Heterostructures based on Halide Perovskites and Metal Sulfides
Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学）；Università di Genova（热那亚大学）；Universidade de Vigo（维戈大学）；BCMaterials, Basque Center for Materials, Applications, and Nanostructures, UPV/EHU Science Park（巴斯克材料、应用和纳米结构中心，巴斯克国立科技大学科学园）；Ikerbasque Basque Foundation for Science Bilbao（毕尔巴鄂巴斯克科学基金会）
通过Mn²+和硫源调控，制备了基于卤化物钙钛矿和金属硫化物的异质结构纳米晶体，并实现了离子交换制备第二代异质结构。
2025-12-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Data-Driven Design of Novel Halide Perovskite Alloys
卤化物钙钛矿性质的极大可调性为光电应用提供了新的机会，也为探索组合化学空间带来了重大挑战。在这项工作中，我们开发了一个由高通量计算和机器学习提供支持的框架，用于设计和预测混合阳离子卤化物钙钛矿合金。在ABX $_{3}$钙钛矿的化学空间中，选择一组A、B和X原子的选项，使用密度泛函理论（DFT）模拟具有B位混合的化合物的伪立方结构，并使用半局域和混合泛函计算若干性质，包括稳定性、晶格常数、带隙、空位形成能、折射率和光学吸收光谱。神经网络（NN）被用来训练预测模型的每一个属性使用列表元素属性的A，B，和X网站原子作为描述符。从229个点的DFT数据集开始，我们使用训练好的NN模型预测17，955种化合物的完整数据集的结构，能量，电子和光学性质，并在稳定性，带隙和缺陷容限方面进行高通量筛选，获得574种有希望的化合物，根据其光伏品质因数将其列为潜在的吸收剂。揭示了筛选出的一组有吸引力的混合阳离子卤化物钙钛矿的组成趋势，并对选定的化合物进行了额外的计算。这里开发的数据驱动设计框架很有希望用于设计新型混合组合物，并且可以扩展到A，B和X原子，A，B或X位点的不同类型混合，非立方相和其他感兴趣的特性方面的更广泛的钙钛矿化学空间。
2021-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Pulsatile therapy for perovskite solar cells
目前钙钛矿太阳能电池商业化的最大挑战是确保长期运行稳定性。在这里，我们开发了脉冲治疗，它可以通过解决最大功率点跟踪（MPPT）中间的电荷和离子的积累来延长设备寿命。在该技术中，反向偏压在非常短的时间内重复施加而没有任何操作暂停，从而导致工作装置的稳定。我们的脉冲治疗观察到的疗效是延迟不可逆降解以及恢复MPPT操作过程中降解的光电流。我们提出了一个综合的治疗机制，其中有害的深能级缺陷可以防止形成和已经形成的缺陷可以治愈驱动电荷态跃迁。我们证明了该疗法可以持续保持缺陷耐受性，从而显著提高寿命和收获功率。这项独特的技术将为钙钛矿材料的商业化开辟新的可能性。
2020-07-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
